JPH06131966A - 熱陰極構造体 - Google Patents
熱陰極構造体Info
- Publication number
- JPH06131966A JPH06131966A JP27890292A JP27890292A JPH06131966A JP H06131966 A JPH06131966 A JP H06131966A JP 27890292 A JP27890292 A JP 27890292A JP 27890292 A JP27890292 A JP 27890292A JP H06131966 A JPH06131966 A JP H06131966A
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- JP
- Japan
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- metal piece
- hot cathode
- ceramic
- insulating material
- junction
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- Pending
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱電子を発生する導電性セラミックスの接続
端部が熱応力によって、割れやすく寿命が短かったが、
接続部の構造を改善して割れの発生のない、寿命の長い
熱陰極構造体を得る。 【構成】 導電性セラミックスの内側に金属片が接続さ
れ、該金属片と絶縁材料の間に、電流導入端子接続部が
水平方向に挟まれて接続されてなることを特徴とする熱
陰極構造体。そして、前記導電性セラミックスの内寸と
前記金属片の外寸の寸法差が２０μｍ以下であることを
特徴とする熱陰極構造体。このような構造をとることに
よって、各部材の熱膨張の差による熱応力を回避するこ
とができ、導電性セラミックスの接続端部の割れの発生
を防止でき、寿命の長い熱陰極構造体を得ることができ
る。
端部が熱応力によって、割れやすく寿命が短かったが、
接続部の構造を改善して割れの発生のない、寿命の長い
熱陰極構造体を得る。 【構成】 導電性セラミックスの内側に金属片が接続さ
れ、該金属片と絶縁材料の間に、電流導入端子接続部が
水平方向に挟まれて接続されてなることを特徴とする熱
陰極構造体。そして、前記導電性セラミックスの内寸と
前記金属片の外寸の寸法差が２０μｍ以下であることを
特徴とする熱陰極構造体。このような構造をとることに
よって、各部材の熱膨張の差による熱応力を回避するこ
とができ、導電性セラミックスの接続端部の割れの発生
を防止でき、寿命の長い熱陰極構造体を得ることができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、各種イオン源、三極
スパッタリング装置等の熱電子源として用いられる熱陰
極構造体に関する。
スパッタリング装置等の熱電子源として用いられる熱陰
極構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオンビーム応用技術は半導体製造工程
や材料の表面改質の研究等に使用されており、熱陰極を
有する電子衝撃型のイオン源が広く用いられている。こ
れらの用途では、イオンビームの大電流化および熱陰極
の長寿命化の解決策として端子部を絶縁材料で被覆する
などの構造を有する導電性セラミックスを発熱体とする
熱陰極が開示されている（特開昭63-216232)。
や材料の表面改質の研究等に使用されており、熱陰極を
有する電子衝撃型のイオン源が広く用いられている。こ
れらの用途では、イオンビームの大電流化および熱陰極
の長寿命化の解決策として端子部を絶縁材料で被覆する
などの構造を有する導電性セラミックスを発熱体とする
熱陰極が開示されている（特開昭63-216232)。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構造を有する熱陰極構造体においても、導電性セ
ラミックスが電流導入端子と接合している接続端部付近
で破壊するという現象がしばしば発生し、実用的に必要
とされる500 時間以上の寿命を安定して得ることが困難
であった。
ような構造を有する熱陰極構造体においても、導電性セ
ラミックスが電流導入端子と接合している接続端部付近
で破壊するという現象がしばしば発生し、実用的に必要
とされる500 時間以上の寿命を安定して得ることが困難
であった。
【０００４】本発明は導電性セラミックスの接続部付近
で破壊することなく長時間使用可能である構造を有する
熱陰極構造体を提供することを目的とする。
で破壊することなく長時間使用可能である構造を有する
熱陰極構造体を提供することを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】すなわち、本発明は以
下を要旨とするものである。
下を要旨とするものである。
【０００６】（１）導電性セラミックスを発熱体とする
熱陰極構造体において、該導電性セラミックスの内側に
金属片が接続され、該金属片と絶縁材料の間に、電流導
入端子接続部が水平方向に挟まれて接続されてなること
を特徴とする熱陰極構造体。
熱陰極構造体において、該導電性セラミックスの内側に
金属片が接続され、該金属片と絶縁材料の間に、電流導
入端子接続部が水平方向に挟まれて接続されてなること
を特徴とする熱陰極構造体。
【０００７】（２）前記導電性セラミックスの内寸と前
記金属片の外寸の寸法差が20μm 以下であることを特徴
とする熱陰極構造体。
記金属片の外寸の寸法差が20μm 以下であることを特徴
とする熱陰極構造体。
【０００８】以下、本発明について図を用いてさらに詳
細に説明する。従来、使用されている導電性セラミック
スを利用した熱陰極構造体の構造を図３、図４に示す。
本発明において、導電性セラミックスとはアルカリ土類
金属および原子番号57〜71までのランタン系元素の中か
ら選ばれた少なくとも１種以上の元素の６ホウ化物の焼
結体であり、その導電性セラミックス部の形状は、たと
えば一端が閉じられた２本の並行らせん巻き状の円筒か
らなる磁界フリー型構造で、特に顕著な効果を有する
が、円筒状にかぎらず導電性セラミックスの接続端部の
内側に金属片を接続することができ、この金属片と絶縁
材料に電流導入端子接続部が水平方向に挟まれて接続さ
れることによって、絶縁材料に固定することができる形
状であればよい。
細に説明する。従来、使用されている導電性セラミック
スを利用した熱陰極構造体の構造を図３、図４に示す。
本発明において、導電性セラミックスとはアルカリ土類
金属および原子番号57〜71までのランタン系元素の中か
ら選ばれた少なくとも１種以上の元素の６ホウ化物の焼
結体であり、その導電性セラミックス部の形状は、たと
えば一端が閉じられた２本の並行らせん巻き状の円筒か
らなる磁界フリー型構造で、特に顕著な効果を有する
が、円筒状にかぎらず導電性セラミックスの接続端部の
内側に金属片を接続することができ、この金属片と絶縁
材料に電流導入端子接続部が水平方向に挟まれて接続さ
れることによって、絶縁材料に固定することができる形
状であればよい。
【０００９】本発明でいう金属片２は、導電性セラミッ
クス１と電流導入端子接続部３とを電気的に接続すると
同時に、絶縁材料４の所定の位置に固定する役目を有し
ている。その形状は特に限定されないが導電性セラミッ
クスの接続端子部の内側の形状と密接に接続できる面と
電流導入端子接続部と密接に接合できる面を有してい
る。その材質は、タングステン、モリブデン、タンタル
などの高融点金属を使用することができる。
クス１と電流導入端子接続部３とを電気的に接続すると
同時に、絶縁材料４の所定の位置に固定する役目を有し
ている。その形状は特に限定されないが導電性セラミッ
クスの接続端子部の内側の形状と密接に接続できる面と
電流導入端子接続部と密接に接合できる面を有してい
る。その材質は、タングステン、モリブデン、タンタル
などの高融点金属を使用することができる。
【００１０】又、本発明でいう絶縁材料とはアルミナ、
窒化ホウ素、窒化アルミニウム、シリカ系セラミック
ス、マイカ系セラミックス等が好ましいが絶縁性と耐熱
性を有するものであればこれに限定されることはない。
窒化ホウ素、窒化アルミニウム、シリカ系セラミック
ス、マイカ系セラミックス等が好ましいが絶縁性と耐熱
性を有するものであればこれに限定されることはない。
【００１１】金属片と電流導入端子接続部と絶縁材料の
位置関係は図１および図２に示すように金属片２と絶縁
材料４の間に電流導入端子接続部３が水平方向に挟まれ
て接続されるようにボルト７で固定されている。ここで
言う水平方向とは完全に水平でなくてもよく、適当に傾
斜していてもよい。
位置関係は図１および図２に示すように金属片２と絶縁
材料４の間に電流導入端子接続部３が水平方向に挟まれ
て接続されるようにボルト７で固定されている。ここで
言う水平方向とは完全に水平でなくてもよく、適当に傾
斜していてもよい。
【００１２】
【作用】導電性セラミックスを発熱体とする熱陰極構造
体は、通電することにより導電性セラミックス部が1000
〜1600℃に加熱され、その導電性セラミックスの表面部
より熱電子が放射される。この導電性セラミックス部の
輻射熱、伝導伝熱により、金属片、電流導入端子、絶縁
材料およびボルトなどの治具の温度が各々上昇する。
体は、通電することにより導電性セラミックス部が1000
〜1600℃に加熱され、その導電性セラミックスの表面部
より熱電子が放射される。この導電性セラミックス部の
輻射熱、伝導伝熱により、金属片、電流導入端子、絶縁
材料およびボルトなどの治具の温度が各々上昇する。
【００１３】絶縁材料の温度が約300 ℃となるのをはじ
め、各部材の温度はそれぞれ個有の物性と位置に応じて
一様でない温度分布を有し、個々の熱膨脹率に応じて膨
脹する。このため、室温下で色々な部品を用いて組みた
てられた熱陰極構造体は、使用条件下で複雑な応力を受
ける。
め、各部材の温度はそれぞれ個有の物性と位置に応じて
一様でない温度分布を有し、個々の熱膨脹率に応じて膨
脹する。このため、室温下で色々な部品を用いて組みた
てられた熱陰極構造体は、使用条件下で複雑な応力を受
ける。
【００１４】従って、使用条件下で発生する熱応力に耐
える構造とすること及び製作時に応力を残留させないよ
うにすることが熱陰極構造体を長寿命化するうえで重要
である。
える構造とすること及び製作時に応力を残留させないよ
うにすることが熱陰極構造体を長寿命化するうえで重要
である。
【００１５】本発明の一例である図１および図２のよう
な構造にすることによって、すなわち金属片と絶縁材料
の間に電流導入端子接続部を水平方向に挟んで接続する
ことによって、より大きな熱膨脹率を有する金属製の電
流導入端子接続部の膨脹による応力の発生を回避するこ
とができる。すなわち、これと接続する金属片２はボル
ト７によって、熱変形の少ない絶縁材料に固定されてい
るため、ボルトおよび金属片の位置ずれは少なく、また
一方、電流導入端子接続部はボルト径より大きな径のボ
ルト穴を有しているので、熱膨張により変形しても影響
を受けないですみ、応力の発生がない構造となってい
る。従って、金属片と電流導入端子接続部および金属片
と導電性セラミクッスの接続端部に熱応力は発生せず、
この部分での割れの発生は起こりにくい。
な構造にすることによって、すなわち金属片と絶縁材料
の間に電流導入端子接続部を水平方向に挟んで接続する
ことによって、より大きな熱膨脹率を有する金属製の電
流導入端子接続部の膨脹による応力の発生を回避するこ
とができる。すなわち、これと接続する金属片２はボル
ト７によって、熱変形の少ない絶縁材料に固定されてい
るため、ボルトおよび金属片の位置ずれは少なく、また
一方、電流導入端子接続部はボルト径より大きな径のボ
ルト穴を有しているので、熱膨張により変形しても影響
を受けないですみ、応力の発生がない構造となってい
る。従って、金属片と電流導入端子接続部および金属片
と導電性セラミクッスの接続端部に熱応力は発生せず、
この部分での割れの発生は起こりにくい。
【００１６】そして、さらに導電性セラミックスの内寸
と金属片の外寸のクリアランスを0.2 ％以下にすること
によって製作時は勿論、使用条件下においても熱応力が
発生しない状態をより完全とすることができ、長寿命の
熱陰極構造体を得ることができる。導電性セラミックス
の内面および金属片が円形の場合は、内寸は内径、外寸
は外径となるが、接続面を平面とすることもできる。
と金属片の外寸のクリアランスを0.2 ％以下にすること
によって製作時は勿論、使用条件下においても熱応力が
発生しない状態をより完全とすることができ、長寿命の
熱陰極構造体を得ることができる。導電性セラミックス
の内面および金属片が円形の場合は、内寸は内径、外寸
は外径となるが、接続面を平面とすることもできる。
【００１７】
【実施例及び比較例】以下、本発明の実施例について図
を用いて具体的に説明する。
を用いて具体的に説明する。
【００１８】〔実施例１〕図１は、本発明の熱陰極構造
体の構造を示す部分断面図である。気孔率約10％のLaB6
焼結体を用いてワイヤーカット放電加工法にて、外径14
mm、内径10mm、長さ34mmの発熱体部と５mmの接続端部か
らなる２本の並行らせん巻き状で、円筒状の導電性セラ
ミックス１の発熱体を作製した。これに外径9.98mmのモ
リブデン製金属片２をモリブデン製のネジ５とワッシャ
ー６を用いて固定した。
体の構造を示す部分断面図である。気孔率約10％のLaB6
焼結体を用いてワイヤーカット放電加工法にて、外径14
mm、内径10mm、長さ34mmの発熱体部と５mmの接続端部か
らなる２本の並行らせん巻き状で、円筒状の導電性セラ
ミックス１の発熱体を作製した。これに外径9.98mmのモ
リブデン製金属片２をモリブデン製のネジ５とワッシャ
ー６を用いて固定した。
【００１９】さらにモリブデン製の電流導入端子接続部
３を金属片２の底部とボロンナイドライドで作成した絶
縁体４の間に水平方向に挟んでモリブデン製ボルト７で
固定して接続し、試験体Ａを作製した。
３を金属片２の底部とボロンナイドライドで作成した絶
縁体４の間に水平方向に挟んでモリブデン製ボルト７で
固定して接続し、試験体Ａを作製した。
【００２０】〔実施例２〕図２は、本発明の熱陰極構造
体の別の構造を示す部分断面図である。気孔率約10％の
LaB6焼結体を用いてワイヤーカット放電加工法にて、外
寸14mm、内寸10mm、長さ34mmの発熱体部と５mmの接続端
部からなる２本の並行らせん巻き状で、円筒状の導電性
セラミックス１の発熱体を作製した。これに外寸9.99mm
のタンタル製金属片２をタンタル製のネジ５とワッシャ
ー６を用いて固定した。
体の別の構造を示す部分断面図である。気孔率約10％の
LaB6焼結体を用いてワイヤーカット放電加工法にて、外
寸14mm、内寸10mm、長さ34mmの発熱体部と５mmの接続端
部からなる２本の並行らせん巻き状で、円筒状の導電性
セラミックス１の発熱体を作製した。これに外寸9.99mm
のタンタル製金属片２をタンタル製のネジ５とワッシャ
ー６を用いて固定した。
【００２１】さらにタンタル製の電流導入端子接続部３
を金属片２の底部と窒化アルミで作成した絶縁体４の間
に水平方向に挟んでタンタル製ボルト７で固定して接続
し、試験体Ｂを作製した。
を金属片２の底部と窒化アルミで作成した絶縁体４の間
に水平方向に挟んでタンタル製ボルト７で固定して接続
し、試験体Ｂを作製した。
【００２２】上記で得られた熱陰極構造体の試験体Ａお
よび試験体Ｂを、それぞれ１×10-5Torrの真空中におい
て直流電流を通電することによって加熱をおこなった。
いずれも37アンペアの熱陰極加熱電流でLaB6熱陰極の通
常の使用温度である1500℃に加熱することができた。こ
の条件下で加熱を続けたところ、試験体Ａは550 時間、
試験体Ｂは576 時間経過しても何等異状が認められなか
った。
よび試験体Ｂを、それぞれ１×10-5Torrの真空中におい
て直流電流を通電することによって加熱をおこなった。
いずれも37アンペアの熱陰極加熱電流でLaB6熱陰極の通
常の使用温度である1500℃に加熱することができた。こ
の条件下で加熱を続けたところ、試験体Ａは550 時間、
試験体Ｂは576 時間経過しても何等異状が認められなか
った。
【００２３】〔比較例１〕図３は従来技術による熱陰極
構造体を示す断面図である。円筒状の導電性セラミック
ス１は気孔率約10％のLaB6で作製し、金属片２はモリブ
デンで作製し、モリブデン製の電流導入端子接続部３と
金属片２を垂直方向に接して配置してモリブデン製ネジ
７で固定して接続して試験体Ｃを作製したものである。
構造体を示す断面図である。円筒状の導電性セラミック
ス１は気孔率約10％のLaB6で作製し、金属片２はモリブ
デンで作製し、モリブデン製の電流導入端子接続部３と
金属片２を垂直方向に接して配置してモリブデン製ネジ
７で固定して接続して試験体Ｃを作製したものである。
【００２４】〔比較例２〕図４は、従来技術による別の
構造の熱陰極構造体を示す断面図である。円筒状の導電
性セラミックス１は気孔率約10％のLaB6で作製し、タン
タル製の電流導入端子接続部３を導電性セラミックス１
の外側にタンタル製ボルト５で固定して試験体Ｄを作製
したものである。
構造の熱陰極構造体を示す断面図である。円筒状の導電
性セラミックス１は気孔率約10％のLaB6で作製し、タン
タル製の電流導入端子接続部３を導電性セラミックス１
の外側にタンタル製ボルト５で固定して試験体Ｄを作製
したものである。
【００２５】試験体Ｃ、Ｄを１×10-5Torrの真空中で直
流電流を通電することによって加熱した。導電性セラミ
ックス部は1500℃に加熱することができたが120 時間後
に導電性セラミックス１の接続端部と金属片２との接続
部分で破壊が起こり断線した。
流電流を通電することによって加熱した。導電性セラミ
ックス部は1500℃に加熱することができたが120 時間後
に導電性セラミックス１の接続端部と金属片２との接続
部分で破壊が起こり断線した。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、熱電子を放出する導電
性セラミックスの接続端部付近の熱応力による割れの発
生がない長寿命の熱陰極構造体が得られ、カウフマン
（Kaufman)型、カルトロン（Calutron) 型、多極磁界型
（バケット型）等の熱電子衝撃型イオン源のほかにニー
ルセン（Nielsen)型、スカンジナビアン（Scandinavia
n)型等の電子振動型イオン源、ビームプラズマ型イオン
源、ヒル・アンド・ネルソン（Hill and Nelson)型等の
スパッタイオン源、PIG 型イオン源、モノプラズマトロ
ン、デュオプラズマトロン、デュオピガトロン等の各種
イオン源、三極スパッタリング装置、電子ビーム溶接装
置、電子ビーム溶解装置、電子ビーム露光装置、電子顕
微鏡、陰極管に用いる熱陰極として適している。
性セラミックスの接続端部付近の熱応力による割れの発
生がない長寿命の熱陰極構造体が得られ、カウフマン
（Kaufman)型、カルトロン（Calutron) 型、多極磁界型
（バケット型）等の熱電子衝撃型イオン源のほかにニー
ルセン（Nielsen)型、スカンジナビアン（Scandinavia
n)型等の電子振動型イオン源、ビームプラズマ型イオン
源、ヒル・アンド・ネルソン（Hill and Nelson)型等の
スパッタイオン源、PIG 型イオン源、モノプラズマトロ
ン、デュオプラズマトロン、デュオピガトロン等の各種
イオン源、三極スパッタリング装置、電子ビーム溶接装
置、電子ビーム溶解装置、電子ビーム露光装置、電子顕
微鏡、陰極管に用いる熱陰極として適している。
【図１】本発明の一例を示す熱陰極構造体の構造を示す
部分断面図である。
部分断面図である。
【図２】本発明の一例を示す熱陰極構造体の構造を示す
部分断面図である。
部分断面図である。
【図３】従来技術の熱陰極構造体の構造を示す断面図で
ある。
ある。
【図４】従来技術の熱陰極構造体の構造を示す図面であ
る。
る。
１ 導電性セラミックス ２ 金属片 ３ 電流導入端子接続部 ４ 絶縁体 ５ ネジ ６ ワッシャー ７ ネジ ８ ワッシャー ９ 電流導入端子
Claims (2)
- 【請求項１】 導電性セラミックスを発熱体とする熱陰
極構造体において、該導電性セラミックスの内側に金属
片が接続され、該金属片と絶縁材料の間に、電流導入端
子接続部が水平方向に挟まれて接続されてなることを特
徴とする熱陰極構造体。 - 【請求項２】 前記導電性セラミックスの内寸と前記金
属片の外寸の寸法差が前記導電性セラミックスの内寸の
０．２％以下であることを特徴とする熱陰極構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27890292A JPH06131966A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 熱陰極構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27890292A JPH06131966A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 熱陰極構造体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06131966A true JPH06131966A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=17603691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27890292A Pending JPH06131966A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 熱陰極構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06131966A (ja) |
-
1992
- 1992-10-16 JP JP27890292A patent/JPH06131966A/ja active Pending
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